Οι βιολόγοι των φυτών ανακάλυψαν πώς οι ηλίανθοι χρησιμοποιούν το εσωτερικό κιρκαδικό ρολόι τους, ενεργώντας στις αυξητικές ορμόνες, για να παρακολουθούν τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας καθώς μεγαλώνουν.

"Είναι το πρώτο παράδειγμα ενός ρολογιού ενός φυτού που ρυθμίζει την ανάπτυξη σε ένα φυσικό περιβάλλον και έχει πραγματικές επιπτώσεις για το φυτό", λέει ο Stacey Harmer, καθηγητής της βιολογίας των φυτών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ντέιβις και ανώτερος συγγραφέας μιας εφημερίδας στο περιοδικό Επιστήμη.

Ο Harmer είναι ένας μοριακός βιολόγος που μελετά κιρκάδια ρολόγια, συνήθως στο εργοστάσιο του εργαστηρίου Arabidopsis, που είναι σαφώς μικρότερο από έναν ηλίανθο. Προηγουμένως, το εργαστήριο της Harmer είχε ανακαλύψει συνδέσμους μεταξύ γονιδίων «ρολογιού» ​​και της φυτικής ορμόνης αυξίνης, η οποία ρυθμίζει την ανάπτυξη. Αλλά οι ερευνητές χρειάστηκαν ένα παράδειγμα για να εργαστούν και το βρήκαν στο ηλιοτρόπιο.

Αντιμετωπίζοντας λάθος τρόπο

Οι αυξανόμενοι ηλίανθοι ξεκινούν τη μέρα με τα κεφάλια τους στραμμένα προς τα ανατολικά, ταλαντεύονται δυτικά κατά τη διάρκεια της ημέρας και γυρίζουν πίσω στα ανατολικά τη νύχτα.

«Το εργοστάσιο προβλέπει το χρονοδιάγραμμα και την κατεύθυνση της αυγής, και για μένα που μοιάζει με έναν λόγο να υπάρχει σύνδεση μεταξύ του ρολογιού και της πορείας ανάπτυξης», λέει ο Harmer. Οι επιστήμονες ήδη από το 1898 είχαν περιγράψει αυτή τη συμπεριφορά των ηλιοτρόπιων αλλά κανείς δεν είχε σκεφτεί προηγουμένως να τη συσχετίσει με κιρκαδικούς ρυθμούς.

Ο Hagop Atamian, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Harmer, σε συνεργασία με το εργαστήριο του συνεργάτη Benjamin Blackman στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια (τώρα στο UC Berkeley), πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων με ηλιοτρόπια στο γήπεδο, σε γλάστρες σε εξωτερικούς χώρους και σε εσωτερικούς θαλάμους ανάπτυξης .

Ποντάροντας τα φυτά έτσι ώστε να μην μπορούν να κινούνται, ή γυρίζοντας τα φυτά σε γλάστρες καθημερινά έτσι ώστε να αντιμετωπίζουν λάθος δρόμο, ο Αταμιάν έδειξε ότι θα μπορούσε να διαταράξει την ικανότητά τους να παρακολουθούν τον ήλιο. Η παρακολούθηση του ήλιου παρέχει ώθηση ανάπτυξης στα φυτά. Οι ηλιοτρόπιοι στοιβάζονται έτσι ώστε να μην μπορούν να μετακινηθούν έχουν μειωμένη βιομάζα και λιγότερη επιφάνεια φύλλων από αυτές που κάνουν, διαπίστωσαν οι ερευνητές.

Όταν τα φυτά μετακινήθηκαν σε έναν εσωτερικό θάλαμο ανάπτυξης με ακίνητο εναέριο φως, συνέχισαν να ταλαντεύονται μπρος-πίσω για μερικές ημέρες. Αυτό είναι το είδος της συμπεριφοράς που θα περιμένατε από έναν μηχανισμό που οδηγείται από ένα εσωτερικό ρολόι, λέει ο Harmer.

Τέλος, τα φυτά εσωτερικού χώρου άρχισαν να παρακολουθούν ξανά τον «ήλιο» όταν η φαινομενική πηγή φωτισμού μετακινήθηκε στον θάλαμο ανάπτυξης, ανάβοντας και σβήνοντας τα γειτονικά φώτα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τα φυτά θα μπορούσαν να παρακολουθήσουν αξιόπιστα την κίνηση και να επιστρέψουν τη νύχτα όταν η τεχνητή ημέρα ήταν κοντά σε έναν κύκλο 24 ωρών, αλλά όχι όταν ήταν πιο κοντά στις 30 ώρες.

Ανατολή και Δύση

Πώς λοιπόν τα φυτά μετακινούν τους μίσχους τους κατά τη διάρκεια της ημέρας; Ο Αταμιάν έβαλε κουκκίδες μελάνης στα στελέχη και τις τράβηξε με βιντεοκάμερα. Σε ένα βίντεο time-lapse, μπορούσε να μετρήσει την μεταβαλλόμενη απόσταση μεταξύ των κουκίδων.

Όταν τα φυτά παρακολουθούσαν τον ήλιο, η ανατολική πλευρά του στελέχους μεγάλωσε ταχύτερα από τη δυτική πλευρά, βρήκε. Τη νύχτα, η δυτική πλευρά αυξήθηκε γρηγορότερα καθώς το στέλεχος περιστρέφεται προς την άλλη πλευρά. Η ομάδα εντόπισε έναν αριθμό γονιδίων που εκφράστηκαν σε υψηλότερα επίπεδα στην ηλιόλουστη πλευρά του φυτού κατά τη διάρκεια της ημέρας ή στην άλλη πλευρά τη νύχτα.

Ο Harmer λέει ότι φαίνεται να υπάρχουν δύο μηχανισμοί ανάπτυξης στο στέλεχος του ηλίανθου. Το πρώτο θέτει έναν βασικό ρυθμό ανάπτυξης για το φυτό, με βάση το διαθέσιμο φως. Το δεύτερο, που ελέγχεται από το κιρκαδικό ρολόι και επηρεάζεται από την κατεύθυνση του φωτός, προκαλεί το στέλεχος να μεγαλώνει περισσότερο από τη μία πλευρά από την άλλη, και ως εκ τούτου ταλαντεύεται ανατολικά προς δυτικά κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Καθώς ο ηλίανθος ωριμάζει και το λουλούδι ανοίγει, η συνολική ανάπτυξη επιβραδύνεται και τα φυτά σταματούν να κινούνται κατά τη διάρκεια της ημέρας και να καθίστανται στραμμένα προς τα ανατολικά. Αυτό φαίνεται επειδή, καθώς η συνολική ανάπτυξη επιβραδύνεται, το κιρκάδιο ρολόι διασφαλίζει ότι το φυτό αντιδρά πιο έντονα στο φως νωρίς το πρωί παρά το απόγευμα ή το βράδυ, οπότε σταδιακά σταματά να κινείται προς τα δυτικά κατά τη διάρκεια της ημέρας.

«Μέλισσες σαν ζεστά λουλούδια»

Γιατί τα ώριμα ηλιοτρόπια βλέπουν ανατολικά; Οι ερευνητές καλλιεργούσαν ηλιοτρόπια σε γλάστρες στο χωράφι και περιστράφηκαν μερικά από αυτά προς τα δυτικά. Μετρώντας τα λουλούδια με κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας, διαπίστωσαν ότι τα ηλιοτρόπια με ανατολικό προσανατολισμό θερμαίνονται πιο γρήγορα το πρωί - και επίσης προσελκύουν πέντε φορές περισσότερα έντομα επικονίασης. Η θέρμανση των λουλουδιών με δυτικό προσανατολισμό με μια φορητή θερμάστρα έφερε περισσότερους επικονιαστές πίσω στα λουλούδια.

«Οι μέλισσες αρέσουν στα ζεστά λουλούδια», λέει ο Χάρμερ.

«Ακριβώς όπως οι άνθρωποι, τα φυτά βασίζονται στους καθημερινούς ρυθμούς της ημέρας και της νύχτας για να λειτουργήσουν», λέει η διευθύντρια του προγράμματος, Anne Sylvester. «Τα ηλιοτρόπια, όπως οι συστοιχίες ηλιακών συλλεκτών, ακολουθούν τον ήλιο από τα ανατολικά προς τα δυτικά. Αυτοί οι ερευνητές αξιοποιούν πληροφορίες στο γονιδίωμα του ηλίανθου για να καταλάβουν πώς και γιατί τα ηλιοτρόπια παρακολουθούν τον ήλιο. "

Πρόσθετοι συντάκτες της εφημερίδας είναι ο Nicky Creux στο UC Davis, και ο Evan Brown και ο Austin Garner στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια. Το Πρόγραμμα Έρευνας του Φυτικού Γονιδιώματος του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος υποστήριξε το έργο.

πηγή: UC Davis

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon